水裂解是一項綠色、高效的產氫技術。作為其中重要的半反應，HER涉及到復雜的電化學多相界面過程。對這些過程發生的機理進行深入剖析，是指導人們實現更高效、更環保、更實用的水裂解產氫技術的必經之路！這就需要我們根據新的策略，進行新的材料設計，發現規律，形成理論。
有鑒于此，能源材料化學協同創新中心的研究人員，大連化物所包信和院士和鄧德會副研究員等團隊報道了一種電學和多級結構協同控制的三維介孔MoS2泡沫材料，通過電子結構和多級結構的協同作用實現了電化學析氫性能的提高。
圖1.三維介孔MoS2泡沫結構示意圖
研究人員合設計了一種三維的MoS2泡沫材料，這種材料具有均勻的介孔，垂直取向的二維層狀結構，并進行了適當的Co原子摻雜。最終得到的mPF-Co-MoS2電催化劑的過電位低至 156 mA（電流密度10 mA cm-2），可與酸性體系中現有基于MoS2的最佳電催化劑的HER活性媲美。
圖2. 三維介孔MoS2泡沫結構表征
1）在宏觀尺度
均勻的介孔MoS2泡沫（mPF-MoS2），平均孔徑約30 nm，加快H3O+和H2的傳遞速遞，更容易到達MoS2表面。
2）在納米尺度
圍繞介孔，定向垂直生長的MoS2納米片增加了邊界數量，即增加了邊緣活性位點。
3）在原子尺度
Co原子在mPF-MoS2框架中的適度摻雜（mPF-Co-MoS2），對表面電子結構進行調控，增強了該MoS2泡沫的本征HER活性，DFT計算對此進行了驗證。
這項研究結果表明，通過對質量傳遞，活性位點的數量和本征性能的整體考慮，來進行多級結構控制，是實現電化學析氫性能優化的一種有效策略！
圖3. Co摻雜的三維介孔MoS2泡沫電化學HER性能
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